【正文】 ACBR系統(tǒng)培養(yǎng)生產(chǎn)鼠單克隆抗體重鏈（ HC Mab），其產(chǎn)量提高了 8倍；培養(yǎng)生產(chǎn) 6his標(biāo)記的人體粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞克隆刺激因子（ GMGSF），比單批培養(yǎng)提高了 2倍。 第 14 頁(yè) 共 22 頁(yè) A通氣孔A BC濕空氣D放在搖床上A －無(wú)菌空氣過(guò)濾器B － 8 ? m 預(yù)過(guò)濾器C － G 蛋白和強(qiáng)化柱D －帶有51 ? m 過(guò)濾篩的吸入嘴蠕動(dòng)泵 （ a ） 金屬親和柱蠕動(dòng)泵玻璃過(guò)濾器放在搖床上可選擇路線圖6 35 親 和層析生物反應(yīng)器( b ) （五）固定化植物細(xì)胞反應(yīng)器培養(yǎng) 1．細(xì)胞固定化定義與意義 最早應(yīng)用固定化技術(shù)是在酶工程中。自從 1979年植物細(xì)胞固定化成功以來(lái)，人們?cè)谏锓磻?yīng)器的植物細(xì)胞固定化培養(yǎng)方面開展了廣泛深人的研究。 植物細(xì)胞 固定化培養(yǎng)具有許多潛在的優(yōu)勢(shì)，如細(xì)胞生長(zhǎng)較為緩慢，利于次生代謝產(chǎn)物的積累；易于控制化學(xué)環(huán)境、收獲次生代謝產(chǎn)物；細(xì)胞經(jīng)包埋后使所受的剪切力損傷減??；有利于進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)和生物轉(zhuǎn)化。 2．植物細(xì)胞固定化方法 目前，植物細(xì)胞經(jīng)常采用的固定化方法有：凝膠包埋、表面吸附、網(wǎng)格或泡沫材料固定、膜固定（包括中空纖維）。 下面僅介紹幾種最常用的細(xì)胞固定化方法： （ 1）滴 入法 配置一定濃度海藻酸鹽的溶液，高溫、高壓滅菌。過(guò)濾收集顆粒，清洗后，轉(zhuǎn)人裝有培養(yǎng)基的搖瓶中進(jìn)行培養(yǎng)?？蓪⒖ɡz和細(xì)胞懸浮液滴人含鉀離子的培養(yǎng)基中形成顆粒，但形成的顆粒大小不如海藻酸鹽均勻。 〔 2〕模鑄法 將細(xì)胞－ 固定劑 的懸浮溶液注人由兩塊夾子夾緊構(gòu)成的模子中形成顆粒。而且這種方法僅適合制備少量的固定化細(xì)胞。顆粒的大小主要取決于攪拌的速度。該裝置主要由裝有固定劑溶液和細(xì)胞懸浮液的加料部分、培養(yǎng)基容器部分組成，通過(guò)鼓人無(wú)菌空氣將固定劑溶液和細(xì)胞懸浮液噴人含鈣離 子的培養(yǎng)基中。細(xì)胞被固定于膠粒、金屬或泡沫等支持物之中，固定化細(xì)胞不動(dòng)，通過(guò)流動(dòng)的培養(yǎng)液來(lái)實(shí)現(xiàn)混合和傳質(zhì)。但是，填充床式固定化細(xì)胞反應(yīng)器存在許多缺點(diǎn)，由于其混合效果低，細(xì)胞顆粒大，對(duì)必要的氧傳遞、 pH 值、濕度控制和氣體產(chǎn)物的排除造成了困難，固定化顆?；蛩槠瑫?huì)阻塞液體的流動(dòng)，固定化的材料也會(huì)在高壓下變形而阻塞填充床。 空氣出口培養(yǎng)液出口培養(yǎng)液固定有細(xì)胞 的篩網(wǎng)包埋有細(xì)的顆粒培養(yǎng)液出口空氣入口 液化床反應(yīng)器 填充床反應(yīng)器 圖636 兩種植物細(xì)胞固定化生物反應(yīng)器 2．流化床反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器是利用無(wú)菌流體通入使固定化細(xì)胞懸浮于反應(yīng)器中。這些小顆粒良好的傳質(zhì)特性是流化床反應(yīng)器的主要優(yōu)點(diǎn)。通常采用大氣量使固定化顆粒懸浮。流化床反應(yīng)器的最大缺點(diǎn)是剪切力和顆粒碰擅會(huì)損壞固定化細(xì)胞，同時(shí)，流體動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性使之難以放大。 3． 膜反應(yīng)器 膜生物反應(yīng)器是近年來(lái)廣泛使用的一種固定化反應(yīng)器。膜的孔徑大小一定不能影響必要基質(zhì)和產(chǎn)物的擴(kuò)散，孔徑為幾十微米的膜便能截留植物細(xì)胞。膜的化學(xué)特性（親水性和疏水性）也很重要，可以用來(lái)選擇性地傳遞培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。雖然可采用壓力驅(qū)動(dòng)，但大多數(shù)膜反應(yīng)器設(shè)計(jì)成依靠擴(kuò)散來(lái)給細(xì)胞傳遞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此時(shí)，首先考慮的是應(yīng)采用能提供大的比表面積（表面積／反應(yīng)器體積）的反應(yīng)器。在中空 纖維反應(yīng)器中，細(xì)胞既可處于纖維管中，又可處于管外，螺線式卷繞膜反應(yīng)器實(shí)質(zhì)上是卷成圓筒形的平板反應(yīng)器，雖然未見(jiàn)在實(shí)際應(yīng)用中采用螺線式卷繞反應(yīng)器的報(bào)道，但有人采用平板反應(yīng)器培養(yǎng)煙草細(xì)胞。厚層細(xì)胞的內(nèi)層部分通常會(huì)形成營(yíng)養(yǎng)缺乏和產(chǎn)物積累，這種條件對(duì)植物細(xì)胞的形態(tài)和化學(xué)分化是有利的。 Humphrey 對(duì)植物細(xì)胞培養(yǎng)微孔膜通氣反 應(yīng)器進(jìn)行了研究，分析了氧傳遞，為需要小剪切力的植物細(xì)胞培養(yǎng)的膜通氣反應(yīng)器提供設(shè)計(jì)依據(jù)，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素包括管的長(zhǎng)度、直徑和膜厚度，進(jìn)氣的組成和壓力，細(xì)胞生長(zhǎng)培養(yǎng)階段等。微藻的培養(yǎng)和研究始于 18 世紀(jì)末， 1890 年，荷蘭細(xì)菌學(xué)家 Beijerrinck 用細(xì)菌培養(yǎng)的方法培養(yǎng)小球藻（ Chlorella）和其它單細(xì)胞藻類獲得成功。我國(guó)朱樹屏教授 1942 年培養(yǎng)單細(xì)胞藻類，它先后替代糧食、飼料。藻類作為保健食品、綠色食品和低熱量、低脂肪食品，以其獨(dú)特的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，已越來(lái)越引起發(fā)達(dá)國(guó)家的重視。世界上已知的微藻大約有 10， 000 種左右，普遍富含蛋白質(zhì)、β 胡蘿卜素、α 亞麻酸、ω 多不飽和脂肪酸、蝦青素、多糖等多種生理活性成分，具有抗腫瘤、抗病毒 、抗真菌、防治心血管疾病等生理保健功能。與傳統(tǒng)農(nóng)作物相比，開發(fā)微藻資源具有許多優(yōu)點(diǎn)：如效率高、能耗低；生長(zhǎng)速度比普遍農(nóng)作物快；容易收獲和加工；可生產(chǎn)出極有生理價(jià)值的化合物；適于土地貧瘠或一些高鹽堿度地區(qū)的生長(zhǎng)；生產(chǎn)簡(jiǎn)單、投資少，很易被不同操作水平的養(yǎng)殖者掌握等。 另外，近年來(lái)分子遺傳學(xué)和基因工程研究證實(shí)，大腸桿菌的載體和啟動(dòng)因子往往可以適用于藍(lán)藻，尤其是單細(xì)胞藍(lán)藻的轉(zhuǎn)基因，這使得藍(lán)藻基因工程得到了較快的發(fā)展，利用藻類為宿主的基因產(chǎn)物的生產(chǎn)也日益受到關(guān)注，因此微藻的培養(yǎng)受到廣泛重視。微藻的高密度培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)微藻資源開發(fā)利用的關(guān)鍵，而構(gòu)建適合于微藻生長(zhǎng)的光 生物反應(yīng)器則是實(shí)現(xiàn)微藻高密度培養(yǎng)的重要課題。 （一）開放式大池培養(yǎng)系統(tǒng) 開放式大池培養(yǎng)系統(tǒng)是最古老、最簡(jiǎn)單的藻類培養(yǎng)系統(tǒng)。天然大池不加任何特殊裝置，費(fèi)用低，但不能進(jìn)行純培養(yǎng)，光照、溫度等無(wú)法控制。于是，足夠的二氧化碳供應(yīng)和較適宜的培養(yǎng)條件可以提高光合效率和細(xì)胞濃度。但開放式培養(yǎng)存在易受污染、培養(yǎng)條件不穩(wěn)定、單位體積產(chǎn)率低、下游處理成本高、不易保持純種培養(yǎng)等缺點(diǎn)，而且產(chǎn)品單一、多以藻粉為主、缺乏應(yīng)有的后加工、深加工及應(yīng)用研究。 （二）密閉式反應(yīng)器 密閉式反應(yīng)器裝配有光照、二氧化碳供應(yīng)、攪拌和溫度控制系統(tǒng)。目前密閉式反應(yīng)器有多種形式，如發(fā)酵罐式、管式和板式等光生物反應(yīng)器。它是利用透明材料制成的管道安放成不同的形式，借助外部光照條件進(jìn)行工廠化藻類培養(yǎng)。由于二氧化碳通過(guò)泵進(jìn)入藻液后在管道中流動(dòng)，與藻液接觸時(shí)間長(zhǎng)，因而 CO2 的利用率高。管式反應(yīng)器分為垂直管式、傾斜可調(diào)管式、水平管式等多種形式。 Lee 等針對(duì)一天中太陽(yáng)光照的變化，對(duì)水平設(shè)置的管道進(jìn)行改進(jìn)，將管道反應(yīng)器設(shè)計(jì)成與地面角度可調(diào)的形式，能更好利用太陽(yáng)能。時(shí)，小球藻的產(chǎn)量是水平放置時(shí)的 6 倍。垂直管式采用機(jī)械攪拌、鼓泡、氣升混合，可分為螺旋管式和鼓泡柱式等。罐體、氣體提升管和內(nèi)光源密封管由耐熱玻璃制作，可進(jìn)行蒸汽消毒。 Richmond A 等設(shè)計(jì)了一種新型的氣升式管狀光生物反應(yīng)器。它能適合于高密度生長(zhǎng)的 Isochrysis galbana，其產(chǎn)量最高可達(dá) 1， 500mgdwl1d1。比生長(zhǎng)速率最高為 ，在快速生長(zhǎng)期，日平均增重達(dá)到 30%。李志勇等采用氣升內(nèi)環(huán)流光生物反應(yīng)培養(yǎng)螺旋藻，效果優(yōu)于靜置和機(jī)械攪拌反應(yīng)器，最大細(xì)胞干重可達(dá) 3 64ｇ /Ｌ。內(nèi)光源管直徑 45mm。提升管底部設(shè)有可替換的不銹鋼燒結(jié)板制成的圓形氣體分布器，空氣和 CO2 定量混合后由此進(jìn)入反應(yīng)器中，形成均勻、細(xì)小的氣泡，具有較高的氣液傳質(zhì)面積，罐體內(nèi)設(shè)有熱交換裝置，以維持培養(yǎng)溫度。 第 19 頁(yè) 共 22 頁(yè) CO1 換熱器 2 氣 體分布器 3 外 光源 4 內(nèi) 光源密封管 5 內(nèi) 光源 6 空 氣提升管 7 反 應(yīng)器罐體 8 在線接測(cè)探頭 9 進(jìn) 料和接種孔 1 0 空氣排放口 1 1 空氣C O 混合室 1 2 收集取梯口22111212345678910圖6 38 氣 升式光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖 (2) 氣升式循環(huán)磁處理光生物反應(yīng)器 李志勇等成功開發(fā)出世界上第一臺(tái)管道氣升式循環(huán)磁處理光生物反應(yīng)器微藻生產(chǎn)系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了螺旋藻的高效純種連續(xù)培養(yǎng)。反應(yīng)器主體采用可耐高溫消毒的硼硅玻璃制作，包括氣升管道、下降管和除氣室三部分。采用 40Ｗ的熒光燈作光源。由安裝在除氣室中的溫度傳感器、 pＨ電極、溶氧電極通過(guò)二次儀表顯示讀出溫度、 pＨ值與 DO，并可通過(guò)記錄儀輸出。受光區(qū)光照面積與培養(yǎng)體積之比為 2/ｍ 3，只需 40Ｌ /ｈ的較小通氣量即可獲得良好的混合效果，培養(yǎng)過(guò)程中，藻液溶氧水平能維 持在 4ｍｇ /Ｌ左右。該生物反應(yīng)器獨(dú)特的外環(huán)流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和循環(huán)磁處理效果可實(shí)現(xiàn)微藻生長(zhǎng)過(guò)程的反復(fù)強(qiáng)化。將磁處理技術(shù)應(yīng)用于微藻培養(yǎng)，一定程度上開辟了微藻高密度培養(yǎng)的新途第 20 頁(yè) 共 22 頁(yè) 徑。此反應(yīng)器可連續(xù)工作 948 個(gè)小時(shí)，比較適用于熱帶地區(qū)。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖三所示。培養(yǎng)時(shí)，當(dāng)培養(yǎng)物量下降時(shí)，可用蒸餾水補(bǔ)足到原來(lái)的體積。 2．板式光反應(yīng)器 板式光生物反應(yīng)器主要是由透明的玻璃或有機(jī)玻璃板制成，可以根據(jù)太陽(yáng)光強(qiáng)度及入射方 向的變化，調(diào)節(jié)最適的采光方向，增大透光率，反應(yīng)器內(nèi)部的藻液混合常采用兩種方式，一種是氣升式混合，一種是鼓泡式混合。反應(yīng)器采用太陽(yáng)光或鹵素?zé)簦鈴?qiáng)通過(guò)調(diào)節(jié)光源與反應(yīng)器的距離或光輻射入射方向加以控制。 1996 年， Hu 等研制出了斜板式光生物反應(yīng)器，用于螺旋藻的大規(guī)模室外培養(yǎng)。許波、王長(zhǎng)海等人用平板式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)微藻，其培養(yǎng)密度、單位體積和單位面積的細(xì)胞生物量都有所增加。 3．光纖光生物反應(yīng)器 這是利用光導(dǎo)纖維的光傳遞性質(zhì)，將氙燈作為光源安裝在反應(yīng)器外，將光纖直接安置在培養(yǎng)液中，并使它與反應(yīng)器內(nèi)部的光分散系統(tǒng)相匹配，使光線均勻地從內(nèi)部照射藻液，由于光傳播途徑的縮短，可使光更充分的被細(xì)胞利用。該系統(tǒng)采用超濾技術(shù)，不斷分離產(chǎn)物，補(bǔ)充新鮮培養(yǎng)液，達(dá)到高密度培養(yǎng)目的，最大生物量達(dá) 10ｇ /Ｌ。所使用的氙燈與太陽(yáng)光的光譜幾乎相同，但效率較低。 人工光源系統(tǒng)光纖維電纜進(jìn)入氣體交換裝置培養(yǎng)液進(jìn)口圖6 42 光 纖光生物反應(yīng)器側(cè)面第 22 頁(yè) 共 22 頁(yè) 反光面入口培養(yǎng)槽出口反應(yīng)器頂光纖維圖643 光 纖光生物反應(yīng)器頂部 4．溢流噴射光生物反應(yīng)器 華南理工大學(xué)研制出的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小型光生物 反應(yīng)器，其主要結(jié)構(gòu)包括淺層溢流光生物反應(yīng)器、溢流噴射器、貯槽、循環(huán)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)和參數(shù)控制系統(tǒng)。它采用溢流噴射裝置對(duì)藻液進(jìn)行攪拌和通氣，氣液混合均勻，簡(jiǎn)化了流程和設(shè)備。其基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)見(jiàn)圖 644。2淺層溢濾光生物反應(yīng)器；長(zhǎng)＝300mm,寬＝100mm,高＝330360mm, 3貯槽；4循環(huán)泵；